完全背包又是也是01背包稍作变化而来,即:完全背包的物品数量是无限的。

01 背包 有n件物品和一个最多能背重量为w 的背包。第i件物品的重量是weight[i],得到的价值是value[i] 。每件物品只能用一次,求解将哪些物品装入背包里物品价值总和最大。

确定dp数组以及下标的含义 对于背包问题,有一种写法, 是使用二维数组,即dp[i][j] 表示从下标为[0-i]的物品里任意取,放进容量为j的背包,价值总和最大是多少。 确定递推公式 那么可以有两个方向推出来dp[i][j],

不放物品i:由dp[i - 1][j]推出,即背包容量为j,里面不放物品i的最大价值,此时dp[i][j]就是dp[i - 1][j]。(其实就是当物品i的重量大于背包j的重量时,物品i无法放进背包中,所以被背包内的价值依然和前面相同。) 放物品i:由dp[i - 1][j - weight[i]]推出,dp[i - 1][j - weight[i]] 为背包容量为j - weight[i]的时候不放物品i的最大价值,那么dp[i - 1][j - weight[i]] + value[i] (物品i的价值),就是背包放物品i得到的最大价值 所以递归公式: dp[i][j] = max(dp[i - 1][j], dp[i - 1][j - weight[i]] + value[i]); 3. dp数组如何初始化 关于初始化,一定要和dp数组的定义吻合,否则到递推公式的时候就会越来越乱。 首先从dp[i][j]的定义出发,如果背包容量j为0的话,即dp[i][0],无论是选取哪些物品,背包价值总和一定为0。

再看其他情况。

状态转移方程 dp[i][j] = max(dp[i - 1][j], dp[i - 1][j - weight[i]] + value[i]); 可以看出i 是由 i-1 推导出来,那么i为0的时候就一定要初始化。 dp[0][j],即:i为0,存放编号0的物品的时候,各个容量的背包所能存放的最大价值。 那么很明显当 j < weight[0]的时候,dp[0][j] 应该是 0,因为背包容量比编号0的物品重量还小。 当j >= weight[0]时,dp[0][j] 应该是value[0],因为背包容量放足够放编号0物品。

dp[0][j] 和 dp[i][0] 都已经初始化了,那么其他下标应该初始化多少呢?

其实从递归公式: dp[i][j] = max(dp[i - 1][j], dp[i - 1][j - weight[i]] + value[i]); 可以看出dp[i][j] 是由左上方数值推导出来了,那么 其他下标初始为什么数值都可以,因为都会被覆盖。 初始-1,初始-2,初始100,都可以! 但只不过一开始就统一把dp数组统一初始为0,更方便一些。 4. 确定遍历顺序 在如下图中,可以看出,有两个遍历的维度:物品与背包重量

那么问题来了,先遍历 物品还是先遍历背包重量呢? 其实都可以!! 但是先遍历物品更好理解。

def test_2_wei_bag_problem1(bag_size, weight, value) -> int:

rows, cols = len(weight), bag_size + 1

dp = [[0 for _ in range(cols)] for _ in range(rows)]

# 初始化dp数组.

for i in range(rows):

dp[i][0] = 0

first_item_weight, first_item_value = weight[0], value[0]

for j in range(1, cols):

if first_item_weight <= j:

dp[0][j] = first_item_value

# 更新dp数组: 先遍历物品, 再遍历背包.

for i in range(1, len(weight)):

cur_weight, cur_val = weight[i], value[i]

for j in range(1, cols):

if cur_weight > j: # 说明背包装不下当前物品.

dp[i][j] = dp[i - 1][j] # 所以不装当前物品.

else:

# 定义dp数组: dp[i][j] 前i个物品里,放进容量为j的背包,价值总和最大是多少。

dp[i][j] = max(dp[i - 1][j], dp[i - 1][j - cur_weight]+ cur_val)

print(dp)

01背包理论基础(滚动数组) 对于背包问题其实状态都是可以压缩的。

在使用二维数组的时候,递推公式:dp[i][j] = max(dp[i - 1][j], dp[i - 1][j - weight[i]] + value[i]);

其实可以发现如果把dp[i - 1]那一层拷贝到dp[i]上,表达式完全可以是:dp[i][j] = max(dp[i][j], dp[i][j - weight[i]] + value[i]);

与其把dp[i - 1]这一层拷贝到dp[i]上,不如只用一个一维数组了,只用dp[j](一维数组,也可以理解是一个滚动数组)。

这就是滚动数组的由来,需要满足的条件是上一层可以重复利用,直接拷贝到当前层。

确定dp数组的定义 在一维dp数组中,dp[j]表示:容量为j的背包,所背的物品价值可以最大为dp[j]。一维dp数组的递推公式 dp[j]为 容量为j的背包所背的最大价值,那么如何推导dp[j]呢?

dp[j]可以通过dp[j - weight[i]]推导出来,dp[j - weight[i]]表示容量为j - weight[i]的背包所背的最大价值。

dp[j - weight[i]] + value[i] 表示 容量为 j - 物品i重量 的背包 加上 物品i的价值。(也就是容量为j的背包,放入物品i了之后的价值即:dp[j])

此时dp[j]有两个选择,一个是取自己dp[j] 相当于 二维dp数组中的dp[i-1][j],即不放物品i,一个是取dp[j - weight[i]] + value[i],即放物品i,指定是取最大的,毕竟是求最大价值,

所以递归公式为:

dp[j] = max(dp[j], dp[j - weight[i]] + value[i]); 可以看出相对于二维dp数组的写法,就是把dp[i][j]中i的维度去掉了。 3. 一维dp数组如何初始化 关于初始化,一定要和dp数组的定义吻合,否则到递推公式的时候就会越来越乱。

dp[j]表示:容量为j的背包,所背的物品价值可以最大为dp[j],那么dp[0]就应该是0,因为背包容量为0所背的物品的最大价值就是0。

那么dp数组除了下标0的位置,初始为0,其他下标应该初始化多少呢?

看一下递归公式:dp[j] = max(dp[j], dp[j - weight[i]] + value[i]);

dp数组在推导的时候一定是取价值最大的数,如果题目给的价值都是正整数那么非0下标都初始化为0就可以了。

这样才能让dp数组在递归公式的过程中取的最大的价值,而不是被初始值覆盖了。

那么我假设物品价值都是大于0的,所以dp数组初始化的时候,都初始为0就可以了。 4. 一维dp数组遍历顺序 代码如下:

for(int i = 0; i < weight.size(); i++) { // 遍历物品 for(int j = bagWeight; j >= weight[i]; j–) { // 遍历背包容量 dp[j] = max(dp[j], dp[j - weight[i]] + value[i]);

}

} 这里大家发现和二维dp的写法中,遍历背包的顺序是不一样的!

二维dp遍历的时候,背包容量是从小到大,而一维dp遍历的时候,背包是从大到小。

为什么呢?

倒序遍历是为了保证物品i只被放入一次!。但如果一旦正序遍历了,那么物品0就会被重复加入多次!

举一个例子:物品0的重量weight[0] = 1,价值value[0] = 15

如果正序遍历

dp[1] = dp[1 - weight[0]] + value[0] = 15

dp[2] = dp[2 - weight[0]] + value[0] = 30

此时dp[2]就已经是30了,意味着物品0,被放入了两次,所以不能正序遍历。

为什么倒序遍历,就可以保证物品只放入一次呢?

倒序就是先算dp[2]

dp[2] = dp[2 - weight[0]] + value[0] = 15 (dp数组已经都初始化为0)

dp[1] = dp[1 - weight[0]] + value[0] = 15

所以从后往前循环,每次取得状态不会和之前取得状态重合,这样每种物品就只取一次了。

那么问题又来了,为什么二维dp数组历的时候不用倒序呢?

因为对于二维dp,dp[i][j]都是通过上一层即dp[i - 1][j]计算而来,本层的dp[i][j]并不会被覆盖!

(如何这里读不懂,大家就要动手试一试了,空想还是不靠谱的,实践出真知!)

再来看看两个嵌套for循环的顺序,代码中是先遍历物品嵌套遍历背包容量,那可不可以先遍历背包容量嵌套遍历物品呢?

不可以!

因为一维dp的写法,背包容量一定是要倒序遍历(原因上面已经讲了),如果遍历背包容量放在上一层,那么每个dp[j]就只会放入一个物品,即:背包里只放入了一个物品。

倒序遍历的原因是,本质上还是一个对二维数组的遍历,并且右下角的值依赖上一层左上角的值,因此需要保证左边的值仍然是上一层的,从右向左覆盖。

(这里如果读不懂,就再回想一下dp[j]的定义,或者就把两个for循环顺序颠倒一下试试!)

所以一维dp数组的背包在遍历顺序上和二维其实是有很大差异的!,这一点大家一定要注意。

转化为0-1背包需要确定的点 背包的体积 每个原始的重量、每个元素的价值 优化条件 背包中每一个元素是不可重复放入

分割等和子集 只有确定了如下四点,才能把01背包问题套到本题上来。

背包的体积为sum / 2 背包要放入的商品(集合里的元素)重量为 元素的数值,价值也为元素的数值 背包如果正好装满,说明找到了总和为 sum / 2 的子集。 背包中每一个元素是不可重复放入。

确定dp数组以及下标的含义 01背包中,dp[j] 表示: 容量为j的背包,所背的物品价值最大可以为dp[j]。

本题中每一个元素的数值既是重量,也是价值。

套到本题,dp[j]表示 背包总容量(所能装的总重量)是j,放进物品后,背的最大重量为dp[j]。

那么如果背包容量为target, dp[target]就是装满 背包之后的重量,所以 当 dp[target] == target 的时候,背包就装满了。 2. 确定递推公式 01背包的递推公式为:dp[j] = max(dp[j], dp[j - weight[i]] + value[i]);

本题,相当于背包里放入数值,那么物品i的重量是nums[i],其价值也是nums[i]。

所以递推公式:dp[j] = max(dp[j], dp[j - nums[i]] + nums[i]); 3. dp数组如何初始化 在01背包,一维dp如何初始化,已经讲过,

从dp[j]的定义来看,首先dp[0]一定是0。

如果题目给的价值都是正整数那么非0下标都初始化为0就可以了,如果题目给的价值有负数,那么非0下标就要初始化为负无穷。

这样才能让dp数组在递推的过程中取得最大的价值,而不是被初始值覆盖了。

本题题目中 只包含正整数的非空数组,所以非0下标的元素初始化为0就可以了。 4. 确定遍历顺序 在动态规划:关于01背包问题,你该了解这些!(滚动数组) (opens new window)中就已经说明:如果使用一维dp数组,物品遍历的for循环放在外层,遍历背包的for循环放在内层,且内层for循环倒序遍历!

# 二维度数组解法

class Solution:

def canPartition(self, nums: List[int]) -> bool:

target = sum(nums)

# 做最初的判断

if target % 2 != 0:

return False

# 找到 target value 可以认为这个是背包的体积

target = target // 2

row = len(nums)

col = target + 1

# 定义 dp table

dp = [[0 for _ in range(col)] for _ in range(row)]

# 初始 dp value

for i in range(row):

dp[i][0] = 0

for j in range(1, target):

if nums[0] <= j:

dp[0][j] = nums[0]

# 遍历 先遍历物品再遍历背包

for i in range(1, row):

cur_weight = nums[i]

cur_value = nums[i]

for j in range(1, col):

if cur_weight > j:

dp[i][j] = dp[i - 1][j]

else:

dp[i][j] = max(dp[i - 1][j], dp[i - 1][j - cur_weight] + cur_value)

# 输出结果

return dp[row - 1][col - 1] == target

最后一块石头的重量 II

class Solution:

def lastStoneWeightII(self, stones: List[int]) -> int:

stones = sorted(stones)

if len(stones) == 1:

return stones[0]

if len(stones) == 2:

return stones[1] - stones[0]

sum_all = int(sum(stones) / 2) # 背包总重量

row = len(stones)

col = sum_all + 1

dp = [[0 for _ in range(col)] for _ in range(row)]

for i in range(0, row):

dp[i][0] = 0

for j in range(1, col):

if stones[0] <= j:

dp[0][j] = stones[0]

print(dp)

for i in range(1, row):

cur_weight = stones[i]

cur_value = stones[i]

for j in range(1, col):

if cur_weight > j:

dp[i][j] = dp[i - 1][j]

else:

dp[i][j] = max(dp[i-1][j], dp[i-1][j-cur_weight]+cur_value)

sum1 = dp[row-1][col-1]

sum2 = sum(stones) - sum1

print(dp)

return sum2 - sum1

目标和 本题要如何使表达式结果为target,

既然为target,那么就一定有 left组合 - right组合 = target。

left + right = sum,而sum是固定的。right = sum - left

公式来了, left - (sum - left) = target 推导出 left = (target + sum)/2 。

target是固定的,sum是固定的,left就可以求出来。

此时问题就是在集合nums中找出和为left的组合。

确定dp数组以及下标的含义 dp[j] 表示:填满j(包括j)这么大容积的包,有dp[j]种方法

其实也可以使用二维dp数组来求解本题,dp[i][j]:使用 下标为[0, i]的nums[i]能够凑满j(包括j)这么大容量的包,有dp[i][j]种方法。

确定递推公式 有哪些来源可以推出dp[j]呢?

只要搞到nums[i]),凑成dp[j]就有dp[j - nums[i]] 种方法。

例如:dp[j],j 为5,

已经有一个1(nums[i]) 的话,有 dp[4]种方法 凑成 容量为5的背包。 已经有一个2(nums[i]) 的话,有 dp[3]种方法 凑成 容量为5的背包。 已经有一个3(nums[i]) 的话,有 dp[2]中方法 凑成 容量为5的背包 已经有一个4(nums[i]) 的话,有 dp[1]中方法 凑成 容量为5的背包 已经有一个5 (nums[i])的话,有 dp[0]中方法 凑成 容量为5的背包 那么凑整dp[5]有多少方法呢,也就是把 所有的 dp[j - nums[i]] 累加起来。

所以求组合类问题的公式,都是类似这种:

dp[j] += dp[j - nums[i]] 这个公式在后面在讲解背包解决排列组合问题的时候还会用到! 3. dp数组如何初始化 从递推公式可以看出,在初始化的时候dp[0] 一定要初始化为1,因为dp[0]是在公式中一切递推结果的起源,如果dp[0]是0的话,递推结果将都是0。

这里有录友可能认为从dp数组定义来说 dp[0] 应该是0,也有录友认为dp[0]应该是1。

其实不要硬去解释它的含义,咱就把 dp[0]的情况带入本题看看应该等于多少。

如果数组[0] ,target = 0,那么 bagSize = (target + sum) / 2 = 0。 dp[0]也应该是1, 也就是说给数组里的元素 0 前面无论放加法还是减法,都是 1 种方法。

所以本题我们应该初始化 dp[0] 为 1。

可能有同学想了,那 如果是 数组[0,0,0,0,0] target = 0 呢。

其实 此时最终的dp[0] = 32,也就是这五个零 子集的所有组合情况,但此dp[0]非彼dp[0],dp[0]能算出32,其基础是因为dp[0] = 1 累加起来的。

dp[j]其他下标对应的数值也应该初始化为0,从递推公式也可以看出,dp[j]要保证是0的初始值,才能正确的由dp[j - nums[i]]推导出来。 4. 确定遍历顺序 在动态规划:关于01背包问题,你该了解这些!(滚动数组) (opens new window)中,我们讲过对于01背包问题一维dp的遍历,nums放在外循环,target在内循环,且内循环倒序。

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